[发明专利]一种用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于荧光纳米材料和高分子材料领域，具体涉及一种用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法及其应用。

背景技术

温度是最基本的物理量之一，在物理、化学和生物学等领域有着至关重要的作用。在工业生产制造过程中,对温度进行实时监控，可以优化生产过程，减少废料产生，降低能量损耗。在一些生物工程学和生物化学领域，通过监测细胞内一些微小的温度改变，能够精确地和定量地反映生理活动信息。

在现代生物医学中，为了实现细胞内的温度传感，观察细胞的高分辨率荧光成像，纳米温度计应运而生。纳米温度计是一个分辨率低于一度，并且能够集成到活细胞内的纳米级的温度计。纳米温度计可以在单个细胞中，或者体积小于10^-18L的受限空间中工作，实现温度的检测和传感。

目前，用于纳米温度计的纳米材料的制备方法通常是在纳米材料的表面引入化学发光基团或者荧光基团。然而这些方法通常涉及大量的化学合成反应步骤，并且这些引入的发光基团或者选取的纳米材料通常带有一定的毒性，大大限制了纳米温度计进一步的应用和发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种没有毒性，溶液稳定性好，并且对温度具有高灵敏性的用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法，用该碳点作为荧光纳米温度计对温度具有可逆的响应性，通过碳点荧光强度的变化可以监测碳点溶液温度的变化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法，包括如下步骤：

1)将适量核酸碱基作为碳源，用氢氧化钠溶液完全溶解，置于具有聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中，在马弗炉中加热；

2)待反应结束，自然冷却至室温，离心，取上清液，调节pH值到中性，冷冻干燥，即得目标产物碳点，于4℃保存。

上述的用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法，所述的核酸碱基为腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤或胞嘧啶。

上述的用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法，核酸碱基与氢氧化钠的摩尔比为1:100～1000。

上述的用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法，步骤1)中，马弗炉加热温度为150-240℃，加热时间为10-15小时。

上述的用于荧光纳米温度计的碳点的制备方法，步骤2)中，透析用透析袋的截留分子量为1-14kDa。

本发明，通过上述方法制备的用于荧光纳米温度计的碳点为粒径为1-20nm且均匀分布的球状颗粒，碳点表面没有经过钝化或者改性，碳点自身具有温敏性。

本发明制备的碳点可作为荧光纳米温度计在生物工程学和生物化学中应用。

所述的应用，方法如下：将制备的碳点加入到适量溶剂中，得到含有碳点的溶液，改变溶液的温度，监测溶液的荧光强度。改变溶液的温度，碳点的荧光强度随温度的升高而降低，随温度的降低而升高，并且这种荧光变化具有可逆性。

上述的应用，所述的溶剂为水溶液、乙醇溶液、氯仿溶液或细胞溶液。

上述的应用，所述的含有碳点的溶液中，碳点浓度为0.1-100mg/mL。

上述的应用，所述的改变溶液的温度，温度变化范围为1-100℃。

本发明制备的碳点作为荧光纳米温度计对温度响应的原理：

碳点，是以碳原子为骨架结构，尺寸小于20nm，具有荧光性能的类球形的纳米颗粒。本发明在碳点的基础上，提供了一种新型的荧光纳米温度计。该纳米温度计是一个没有经过钝化或者改性的碳点。该荧光碳点具有温敏性的主要原因在于其表面具有非辐射的电子空穴，并且碳点的荧光性能与电子空穴的含量密切相关。电子空穴越多，碳点的荧光强度随之降低。在低温时，非辐射的电子空穴的通道处于未被激活的状态，电子受激发后可以产生光子；当温度升高时，非辐射的电子空穴的通道的数量开始增加，且通道由未激活状态向激活状态转变，导致越来越多的受激电子通过电子空穴向基态转变，从而碳点的荧光强度明显下降甚至猝灭，因此能够通过碳点荧光强度的变化监测碳点溶液温度的变化。

本发明的有益效果是：本发明基于碳点的荧光纳米温度计具有优良的化学稳定性，生物相容性以及低毒性，同时光学性能良好，尤其适合在生物学研究领域的应用，例如生物成像等方面；这种荧光纳米温度计的荧光光谱能够伴随温度的改变进行重复可逆的变化，并且荧光强度在多次使用后仍没有衰减；其制备方法工艺简单、易于操作，制备成本低，易于推广。